1. lecke. Az autók mechatronikájának áttekintése, főbb fogalmak

iDevice ikon A lecke célja
A mechatronika autóban betöltött szerepének és a mechatronikai rendszerek autókban használt fajtáinak megismerése.

iDevice ikon Követelmények
A hallgató legyen képes:
  • felsorolásból kiválasztani a jármű mechatronikai egységeit,
  • felsorolásból kiválasztani, hogy miért mechatronikai rendszer az autó
  • szabadkézzel lerajzolni egy autó mechatronikai rendszerének elvi blokkdiagramját.

iDevice ikon Időszükséglet
A tananyag elsajátításához körülbelül 30 percre lesz szüksége.

iDevice ikon Kulcsfogalmak
  • Mechatronika
  • Gépészet
  • Villamosság és elektronika
  • Számítástechnika-informatika
  • Járműszerkezetek

iDevice ikon 1.1 A mechatronika fogalma
Tevékenység:

jegyezze meg a mechatronika fogalmát!


Mechatronika = gépészet+villamosság+elektronika+informatika+irányítástechnika

A mechatronika a gépészet, az elektronika és a számítógépes irányítás egymás hatását erősítő integrációja. (EU-definíció)



1. ábra. A mechatronika elemei

Gépészet: mechanika, áramlástechnika, hidraulika, pneumatika, pirotechnika
Elektrotechnika: hajtások, aktuátorok, villamos hálózat
Elektronika: jeladók, kisfeszültségű hálózatok, erősítők, analóg rendszerek
Informatika: hardver és szoftver
Irányítástechnika: szabályzás és vezérlés, kommunikáció

Tevékenység:

szabadkézzel rajzolja le az alábbi ábrát, tanulja meg a különböző színnel jelölt egységek nevét és kapcsolataikat!



2. ábra. A jármű mechatronikai rendszerének elvi blokkdiagramja

A járműben számos hasonló felépítésű mechatronikai rendszer van. Ezekbe a rendszerekbe a felhasználó a gépészeten vagy az elektronikus egységen keresztül avatkozik be (2. ábra, zöld nyíl). Az eredményt jelentő végrehajtás (piros nyíl) a gépészeti illetve a villamos rendszerben történik. A folyamatban a szabályzás, irányítás az informatikai egységben zajlik, amit az elektronika csatol a villamos és gépészeti elemekhez (szürke nyilak). Az egyes informatikai egységek a BUS rendszeren kommunikálnak egymással (sárga nyilak)

A járműben nagy mechatronikai rendszer (sárga négyszög) pl. a motor és az automatikus kapcsolású sebességváltó. A fenti ábra szerinti séma ezekre is vonatkoztatható: a motor elektronikai rendszerébe az elektronikus gázpedálon (e-gáz) keresztül (zöld nyíl) avatkozik be a gépkocsivezető, aminek az elektronika által átalakított jelét az informatikai rendszer feldolgozza, és más jeladók jelével együtt felhasználja a megfelelő időzítésű és mennyiségű tüzelőanyag hengerbe juttatására. A motor vezérlőegység (ECU) kommunikációs (CAN-BUS) kapcsolatban van (sárga nyíl) a sebességváltó vezérlővel (TCU) amely a sebességváltó belső jelei, az előválasztó kar és a motorból érkező információk alapján kapcsolja a megfelelő sebességi fokozatot. Mindkét egység eközben a BUS hálózaton (sárga nyíl) jeleket kap és ad a többi járműrendszernek: fékberendezésnek, kormánynak stb, amelyeket további blokkok (sárga négyszögek) reprezentálhatnak.

Mivel a teljes mechatronikai rendszert az elektronika „élteti”, ez áll a rendszer központjában, a mechatronikát sokszor azonosítják az elektronikával, illetve minden olyan rendszert, amelyben elektronika van, mechatronikának neveznek. Ez azt jelenti, hogy a mechatronikai rendszerekben jelenleg az elektronika a legfontosabbnak tartott egység, ennek a fejlesztése történt a legintenzívebben a járműtechnika legutóbbi korszakában.

Teljes autóelektronikai rendszer látható a 3. ábrán.



3. ábra Elektronikát tartalmazó egységek az autóban


Mechatronikai rendszerek, önálló informatikával rendelkező egységek:
  • Kormányrendszer= EAPS (Electric Assist Power Steering) steer-by-wire=mechanikus kormánykerék-kormányzott kerék kapcsolat nélküli kormányberendezés
  • CVT (Continously Variable Transmission) =folyamatosan változtatható áttételű automatikus hajtómű
  • Aktív kerékfelfüggesztés=Active Suspension
  • Elektronikusan vezérelt fék=Electric Brake
Nem önálló mechatronikai rendszerek, a motor elektronikus egységei:
  • villamos hűtőszivattyú=Electric Water Pump
  • befecskendező rendszer=Direct Fuel Injection
  • starter-generátor=Crankshaft Starter Generator
  • változtatható szelepvezérlés=Electric Valve Control
Elektronikával vezérelt egységek:
  • villamos klíma kompresszor=Electric AC(air condition) Compressor
  • nagy feszültségű inverter=42V Converter
Tevékenység:

jegyezze meg, mikor tekintünk egy szerkezeti egységet mechatronikai rendszernek!


A járműben lévő különböző mechatronikai rendszerek:
  • Fődarabok (motor, automata sebességváltó, szabályzott összkerékhajtás, aktív futómű, blokkolásgátló, villamos szervokormány,)
  • Teljes jármű rendszerek (villamos-elektronikai rendszer, BUS, járművezérlés és szabályozások, stabilizáló rendszerek, navigáció, intelligens jármű)
  • Használati és komfort berendezések (ajtó, ablak zár, szélvédő mosó, törlő, fényszóró mozgatás, ülésmozgatás stb.)
  • Passzív biztonság berendezései (biztonsági öv, légzsák, fődarab mozgató stb. rendszerek)
Ezek a rendszerek tartalmazzák a négy mechatronikai alapelemet: gépészet, villamosság, elektronika, informatika.
Például a jármű energiaforrása a belsőégésű motor azért mechatronikai rendszer, mert az alapja egy gép (gépészet) amelyet egy informatikai rendszerrel vezérelünk (ECU). Ez szoftverből és hardverből áll, ahol a hardver elektronika. Szintén elektronikus egységek a jeladók, és a hozzájuk tartozó áramkörök. Az aktuátorok (pl. fojtószelep motor) nagyfeszültségű és nagy teljesítményű motorok, mágneses, hidraulikus, pneumatikus mozgatók, amelyek főként a villamos rendszer részei, de vannak kapcsolódó gépészeti és elektronikus egységei. Tehát egy korszerű motor tartalmazza a mechatronikai egységek mindegyikét és ezek szabályozottan működnek a motorban.

Nem tekinthetők mechatronikai egységnek a csak egyes rendszerelemeket tartalmazó fődarabok: mechanikus befecskendezővel rendelkező egyszerű belsőégésű motorok, kézi sebességváltó, kardántengely, féltengely, visco kupplung, hidraulikusan működtetett fékberendezés, légfékrendszer, a mechanikus elemekből álló kerékfelfüggesztés-rugózás, kúpkerekes differenciálmű, hidraulikus szervokormány stb, mivel hiányzik belőlük a négy egység közül valamelyik: általában leginkább az elektronika és az informatika.

Fontos, hogy a járműben lévő mechatronikai rendszerek, mivel különböző helyeken és céllal fejlesztették ki őket, sok tekintetben eltérnek egymástól, és emiatt megtanulásuk, elvi megközelítésük is különböző módon történik. Ez egyértelműen látszik a későbbi leckékben, amelyek egyes autómechatronikai rendszerek bemutatására törekednek.

Önellenőrző kérdések
1. Jelölje meg, hogy az alábbiak közül melyik mechatronikai egység!
Hidraulikus működtetésű tárcsafék.
Közvetlen befecskendezésű Otto-motor.
Kézi kapcsolású sebességváltó.
Kúpkerekes differenciálmű.
Indító motor.



2. Jelölje meg, miért mechatronikai rendszer az autó!
Mert digitális műszerfala van.
Mert az informatikai, villamos és elektronikai rendszerek gépészeti rendszerbe vannak beágyazva.
Mert van benne elektronika.



iDevice ikon
3. Rajzolja meg egy autó mechatronikai rendszerének elvi blokkdiagramját!